Gleitlagerschale

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Gleitlagerschale (16, 18), insbesondere Pleuellagerschale oder Hauptlagerschale, mit einer metallischen Trägerschicht (26), insbesondere aus Stahl, und einer metallischen Gleitschicht (20) aus einer Gleitlagerlegierung, welche bei der Ausbildung einer Lagerstelle (2) mit einer rotierend antreibbaren Welle (6) gleitend zusammenwirkt, um die Gleitlagerschale und die Lagerstelle gegen Verschleiß zu schützen, wird vorgeschlagen, dass die Gleitschicht (20) nur in einem Bereich eines spitz auslaufenden Schmierkeils (14) zwischen Welle (6) und Gleitschicht (20) wenigstens eine Tasche (22, 30) aufweist, die mit einem gegenüber der Gleitlagerlegierung weicheren Werkstoff (24) gefüllt ist und zur Einbettung von Partikelschmutz oder Abrieb dient, um die Lagerstelle (2) vor Verschleiß und Reibschweißen zu schützen, wobei die wenigstens eine Tasche (22, 30) in Umfangsrichtung (32) der Gleitlagerschale ein Umfangssegment (31) von 5 - 15° erfasst.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Gleitlagerschale, insbesondere Pleuellagerschale oder Hauptlagerschale, mit einer metallischen Trägerschicht, insbesondere aus Stahl, und einer metallischen Gleitschicht aus einer Gleitlagerlegierung, welche bei der Ausbildung einer Lagerstelle mit einer rotierend antreibbaren Welle gleitend zusammenwirkt.

[0002] Die Erfindung betrifft also eine aus einem metallischen Gleitlagerverbundwerkstoff, nicht aus einem Metall/Kunststoff-Gleitlagerverbundwerkstoff, hergestellte Gleitlagerschale.

[0003] Zur Verringerung des Verschleißes durch Schmutz oder Abrieb der Gleitpartner wurde bereits der Vorschlag unterbreitet, über die gesamte Gleitfläche Vertiefungen vorzusehen, die mit Festschmierstoff befüllt sind und zur Einbettung von Partikeln dienen (siehe z.B. DE 80 20 524 U1). Die Gesamtfläche der Ausnehmungen soll dabei ein Drittel der Gleitfläche betragen; sie kann aber auch höher liegen.

[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Problem des Verschleißes zu begegnen, wobei aber gleichwohl eine hohe Tragfähigkeit der Lagerschale erzielt oder beibehalten werden soll.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einer Gleitlagerschale der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gleitschicht nur in einem Bereich eines spitz auslaufenden Schmierspalts zwischen Welle und Gleitschicht wenigstens eine Tasche aufweist, die mit einem gegenüber der Gleitlagerlegierung weicheren Werkstoff gefüllt ist und zur Einbettung von Partikelschmutz oder Abrieb dient, um die Lagerstelle vor Verschleiß und Reibschweißen zu schützen, wobei die wenigstens eine Tasche in Umfangsrichtung der Gleitlagerschale ein Umfangssegment von 5 - 15° erfasst.

[0006] Im Betrieb einer Gleitlagerschale der hier in Rede stehenden Art, wobei typischerweise eine Lagerstelle aus zwei mit ihren Trennflächen gegeneinander anliegenden Gleitlagerschalen gebildet ist, gleitet die rotierend antreibbare Welle mit ihrer geometrischen Längsmittelachse nicht exakt fluchtend zur geometrischen Längsmittelachse der Lagerschale, sondern verläuft etwas radial hierzu. Es bildet sich ein keilförmiger Schmierspalt, der sich keilförmig spitz auslaufend in Umdrehungsrichtung der Welle verjüngt und nach Erreichen eines minimalen Spaltmaßes wieder aufweitet.

[0007] Mit der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass es bevorzugt in dem sich verjüngenden Schmierspalt zu Beschädigungen der Gleitlageranordnung kommen kann, wenn Schmutz oder Abrieb der Gleitpartner auftreten oder Bearbeitungsrückstände aus der Motorenfertigung, insbesondere zu Beginn des Motorbetriebs, in den Schmierspalt gelangen.

[0008] Gemäß der Erfindung wurde weiter erkannt, dass eine erhebliche Verbesserung des geschilderten Problems erreicht werden kann, wenn nur in diesem kritischen Bereich eine Tasche vorgesehen wird und somit nur in diesem kritischen Bereich eine Möglichkeit für die Aufnahme und Einbettung von Partikelschmutz oder Abrieb vorgesehen wird. Dadurch, dass außerhalb dieses kritischen Bereichs des Schmierspalts im wesentlichen die gesamte Fläche der Gleitschicht zur Verfügung steht, wird eine höhere Tragfähigkeit der Lagerschale realisiert als dies der Fall wäre, wenn über die gesamte Fläche der Lagerschale bzw. der Gleitschicht derartige Taschen vorgesehen wären.

[0009] Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Tasche mit einem für die Einbettung von Partikelschmutz oder Abrieb geeigneten duktilen Werkstoff befüllt. Der Begriff Tasche erfasst in diesem Fall eine an sich beliebige Ausnehmung oder Vertiefung zumindest in der metallischen Gleitschicht, die sich aber auch bis in die metallische Trägerschicht erstrecken kann.

[0010] Es erweist sich weiter als vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Tasche in Umfangsrichtung der Gleitlagerschale ein Umfangssegment von 5 bis 12°, insbesondere 8 bis 12° erfasst.

[0011] Im Hinblick auf einen wirksamen erfindungsgemäß verbesserten Schutz der Gleitlagerschale gegen Verschleiß und Reibschweißerscheinungen erweist es sich als vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Tasche in axialer Richtung der Gleitlagerschale über wenigstens 60 %, insbesondere über wenigstens 70 %, insbesondere über wenigstens 80 % und weiter insbesondere über wenigstens 90 % der Breite der Gleitlagerschale erstreckt ist.

[0012] Weiter erweist es sich als vorteilhaft, wenn die wenigstens eine Tasche eine Erstreckung in Umfangsrichtung von 1 bis 5 mm, insbesondere von 2 bis 4 mm und weiter insbesondere von 2 bis 3 mm aufweist.

[0013] Es wird ferner erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die wenigstens eine Tasche eine Tiefe von 30 - 150 µm, insbesondere von 30 - 100 µm, insbesondere von 40 - 80 µm aufweist.

[0014] Es wäre beispielsweise denkbar, dass die wenigstens eine Tasche wie vorausgehend schon angedeutet sich über einen wesentlichen Abschnitt, insbesondere über im Wesentlichen die gesamte Breite der Gleitlagerschale, erstreckt, so dass auf diese Weise die Gleitlagerschale über ihre Breite durch die erfindungsgemäße Maßnahme geschützt ist. In Weiterbildung der Erfindung erweist es sich aber auch als vorteilhaft, wenn im Bereich des Schmierkeils mehrere mit weicherem Werkstoff gefüllte Taschen vorgesehen sind. Auf diese Weise kann der weichere Werkstoff besser in einer jeweiligen kleineren Tasche gehalten werden. Außerdem steht der Bereich zwischen den Taschen als tragender Bereich der Gleitlagerschale für den Gleitpartner, also die rotierende Welle, zur Verfügung.

[0015] In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens erweist es sich als vorteilhaft, wenn im Bereich des Schmierkeils mehrere mit weicherem Werkstoff gefüllte Taschen vorgesehen sind, die in axialer Richtung, insbesondere mit etwas Abstand voneinander, aufeinanderfolgen oder versetzt zueinander angeordnet sind.

[0016] In noch weitergehender Ausbildung der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, wenn im Bereich des Schmierkeils mehrere mit weicherem Werkstoff gefüllte Taschen vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, dass in Umfangsrichtung gesehen eine Überdeckung von benachbarten Taschen gegeben ist.

[0017] Der gegenüber der Gleitlagerlegierung weichere Werkstoff kann in vorteilhafter Weise und nach einer Ausführungsform der Erfindung von einem weicheren Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Zinn, Zinnlegierung oder gebildet sein. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die wenigstens eine Tasche mit einem temperaturbeständigen Kunststoff befüllt sein, der hinsichtlich seiner Duktilität zur Aufnahme von Partikelschmutz oder Abrieb geeignet ist.

[0018] Desweiteren betrifft die Erfindung eine Lagerstelle nach Anspruch 11.

[0019] Es wurde ferner erfindungsgemäß festgestellt, dass optimale Ergebnisse erreicht werden, wenn das Umfangssegment, in dem die wenigstens eine Tasche oder mehrere Taschen vorgesehen sind, der Stelle geringsten Spaltmaßes des Schmierspalts (geringster Abstand zwischen Welle und Gleitschicht) vorgeordnet ist, weil dadurch die mit weicherem Werkstoff befüllten Taschen vor mitunter turbulenten Einflüssen des Schmiermittels am Minimum des Schmierspalts geschützt werden. Dennoch zeigt sich, dass Partikelschmutz oder Abrieb eingelagert werden und somit nicht abrasiv im Bereich des Minimums des Schmierspalts wirken können.

[0020] Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1

eine schematische Darstellung einer Lagerstelle in axialer Richtung betrachtet;

Figur 2

eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitlagerschale;

Figur 3

eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gleitlagerschale und

Figur 4

eine Lagerstelle im großen Pleuelauge eines Pleuels.

[0021] Figur 1 zeigt schematisch eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnete Lagerstelle, von der lediglich ein zylindrisches Gleitlagerelement 4, das aus zwei mit ihren Trennflächen gegeneinander anliegenden Gleitlagerschalen gebildet sein kann, und eine rotierend antreibbare Welle 6 dargestellt ist. Ferner sind Belastungskurven infolge des Öldrucks angedeutet, und zwar zwei Komponenten 7 des Öldrucks und deren Summe 9. Gemäß der nicht maßstabsgetreuen Darstellung erkennt man, dass die geometrische Längsmittelachse 8 des Gleitlagerelements 4 und die Längsmittelachse 10 der Welle 6 nicht miteinander fluchten, sondern in radialer Richtung etwas voneinander beabstandet sind. Diese Situation ist aus den Abmessungen und Toleranzen des Gleitlagerelements und der Welle und der Umdrehungsrichtung der Welle und aus den auftretenden Belastungen in der Lagerstelle 2 vorhersehbar. Es ist also möglich, den Versatz der Längsmittelachsen zueinander und in der Folge die Anordnung eines Schmierspalts 12 zwischen Gleitlagerelement 4 und Welle 6 in Umfangsrichtung genau vorherzusehen und auszulegen. Man erkennt in Figur 1, dass der Schmierspalt 12 einen spitz auslaufenden Schmierkeil 14 bildet oder aufweist, der im dargestellten Fall ungefähr auf der 7:30 Uhr-Position sein geringstes Spaltmaß erreicht, also den geringsten Abstand zwischen Welle und Gleitschicht, und sich danach wieder aufweitet. Im Bereich dieses spitz auslaufenden Schmierkeils 14, und zwar im Bereich des geringsten Spaltmaßes, kommt es häufig zu Problemen im Hinblick auf Verschleiß, Reibschweißerscheinungen und Abrieb, welche die Gleitpartner, also sowohl die Welle 6 als auch zumeist die demgegenüber weichere metallische Gleitlagerlegierung des Gleitlagerelements 4, beschädigen. Dem wird mit der vorliegenden Erfindung entgegengetreten.

[0022] Figuren 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Gleitlagerschale 16 bzw. 18. Bei der Gleitlagerschale 16 ist eine von der Innenseite einer metallischen Gleitschicht 20 aus Gleitlagerlegierung ausgehende Tasche 22 ausgebildet, die mit einem gegenüber der Gleitlagerlegierung weicheren Werkstoff 24 befüllt ist. Die Tiefe der Tasche beträgt vorteilhafterweise 30 bis 150 µm; sie kann sich durch die gesamte Dicke der Gleitschicht 20 bis in eine metallische Trägerschicht 26, insbesondere aus Stahl, erstrecken; oder sie kann lediglich innerhalb der Gleitschicht 20 ausgebildet sein.

[0023] Man erkennt in Figur 2, dass die Tasche 22 in axialer Richtung oder Breitenrichtung 28 der Gleitlagerschale 16 über gut ¾, also im Wesentlichen über die gesamte Breite der Gleitlagerschale 16, erstreckt ist. Auf diese Weise wird die Gleitlagerschale 16 über im Wesentlichen ihre gesamte Breite auf die erfindungsgemäße Weise verbessert und geschützt.

[0024] Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Taschen 30 vorgesehen, wobei einige Taschen 30 in axialer Richtung oder Breitenrichtung 28 der Gleitlagerschale 16 aufeinander folgend, jedoch in zwei Reihen und damit versetzt zueinander vorgesehen sind (einmal drei und einmal zwei Taschen). Auf diese Weise ergibt sich in Umfangsrichtung 32 betrachtet gleichwohl eine Überdeckung der benachbarten Taschen 30, so dass auch bei dieser Ausführungsform die Gleitlagerschale 18 über gut ¾ ihrer Breite auf die erfindungsgemäße Weise verbessert ist.

[0025] Wenn im Betrieb der erfindungsgemäßen Gleitlagerschalen 16, 18 Partikelschmutz oder Abrieb infolge der Umdrehung der Welle 6 in Richtung des sich keilförmig verjüngenden und spitz auslaufenden Schmierkeils zwischen den Gleitpartnern verdrängt wird, so kann dieser Partikelschmutz oder Abrieb in den Taschen 22, 30 aufgenommen werden; er führt somit nicht zu einer Verschleißbeanspruchung der Gleitpartner oder gar zur Zerstörung der Lagerstelle.

[0026] Die wenigstens eine Tasche 22, 30 erfasst dabei in Umfangsrichtung der Gleitlagerschale 16, 18 ein Umfangssegment 31 von 5 bis 15°. Bei einer Ausführungsform mit mehreren Taschen, wie in Figur 3 dargestellt, erstreckt sich der Bereich, in dem die Taschen 30 vorgesehen sind, über ein Umlaufsegment 31 von 5 bis 15° in Umfangsrichtung.

[0027] Schließlich zeigt Figur 4 eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnete Lagerstelle in einem Pleuel 42 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors. Im großen Pleuelauge 44 des Pleuels 42 sind zwei mit ihren Trennseite auf Stoß gegeneinander anliegende Lagerschalen 16, 18 angeordnet, die den Lagerschalen 16, 18 der Figuren 2 und 3 entsprechen können. Die Welle 6 ist von einem Kurbelwellenzapfen einer ansonsten nicht dargestellten Kurbelwelle gebildet. Die Darstellung der Lagerstelle ist wie bei Figur 1 nicht maßstabsgetreu. Man erkennt einen übertrieben dargestellten Schmierspalt 12, der in einen spitz auslaufenden Schmierkeil 14 übergeht. Die Stelle minimalen Abstands zwischen einer Gleitschicht 20 der Gleitlagerschale 16, 18 und der Welle 6 ist durch eine unterbrochene Linie 46 bezeichnet. Die in Figur 4 nicht im Einzelnen dargestellte(n) Tasche(n) der Gleitlagerschale 16, 18 ist/sind in Umdrehungsrichtung 48 der Welle 6 dieser Stelle 46 geringsten Abstands vorgeordnet. Sie ist/sind in einem Umfangssegment 50 angeordnet, welches etwa den Bereich 15° bis 40° vor der Stelle 46 geringsten Abstands, also dem Minimum des Schmierspalts 12 oder Schmierkeils 14 überfängt. Es hat sich gezeigt, dass in diesem Bereich eine effektive Aufnahme von Partikelabrieb möglich ist und dass die dort vorgesehene(n) Tasche(n) 22, 30 durch ihren Abstand von wenigstens 15° von dem Minimum des Schmierkeils 14 gegen abrasive Auswaschung geschützt ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass im Bereich des Minimums des Schmierspalts 12 die Gleitfläche 20 der Gleitlagerschale 16, 18 mit ihrer gesamten Fläche trägt.

Ansprüche

1. Gleitlagerschale (16, 18), insbesondere Pleuellagerschale oder Hauptlagerschale, mit einer metallischen Trägerschicht (26), insbesondere aus Stahl, und einer metallischen Gleitschicht (20) aus einer Gleitlagerlegierung, welche bei der Ausbildung einer Lagerstelle (2) mit einer rotierend antreibbaren Welle (6) gleitend zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht (20) nur in einem Bereich eines spitz auslaufenden Schmierkeils (14) zwischen Welle (6) und Gleitschicht (20) wenigstens eine Tasche (22, 30) aufweist, die mit einem gegenüber der Gleitlagerlegierung weicheren Werkstoff (24) gefüllt ist und zur Einbettung von Partikelschmutz oder Abrieb dient, um die Lagerstelle (2) vor Verschleiß und Reibschweißen zu schützen, wobei die wenigstens eine Tasche (22, 30) in Umfangsrichtung (32) der Gleitlagerschale ein Umfangssegment (31) von 5 - 15° erfasst.

2. Gleitlagerschale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Tasche (22, 30) in Umfangsrichtung (32) der Gleitlagerschale (16, 18) ein Umfangssegment (31) von 5 - 12°, insbesondere von 8 - 12° erfasst.

3. Gleitlagerschale nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Tasche (22) in axialer Richtung (28) der Gleitlagerschale (16, 18) über wenigstens 60 %, insbesondere über wenigstens 70 %, insbesondere über wenigstens 80 % und weiter insbesondere über wenigstens 90 % der Breite der Gleitlagerschale erstreckt ist.

4. Gleitlagerschale nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Tasche (22, 30) eine Erstreckung in Umfangsrichtung (32) von 1 - 5 mm, insbesondere von 2 - 4 mm und weiter insbesondere von 2 - 3 mm aufweist.

5. Gleitlagerschale nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Tasche (22, 30) eine Tiefe von 30 - 150 µm, insbesondere von 30 - 100 µm, insbesondere von 40 - 80 µm aufweist.

6. Gleitlagerschale nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Schmierkeils (14) mehrere mit weicherem Werkstoff gefüllte Taschen (30) vorgesehen sind.

7. Gleitlagerschale nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Schmierkeils (14) mehrere mit weicherem Werkstoff gefüllte Taschen (30) vorgesehen sind, die in axialer Richtung (28) aufeinander folgen oder versetzt zueinander angeordnet sind.

8. Gleitlagerschale nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Schmierkeils (14) mehrere mit weicherem Werkstoff gefüllte Taschen (30) vorgesehen sind, die derart angeordnet sind, dass in Umfangsrichtung (32) gesehen eine Überdeckung von benachbarten Taschen (30) gegeben ist.

9. Gleitlagerschale nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Tasche (22, 30) mit einem weicheren Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Zinn, Zinnlegierung oder Zinnbasislegierung, befüllt ist.

10. Gleitlagerschale nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Tasche (22, 30) mit einem temperaturbeständigen Kunststoff befüllt ist.

11. Lagerstelle (2, 40) aus Lagerschalen (16, 18), insbesondere Pleuellagerschalen oder Hauptlagerschalen, nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche und einer Welle (6), insbesondere Kurbelwellenzapfen oder Kurbelwelle, mit einer metallischen Trägerschicht (26), insbesondere aus Stahl, und einer metallischen Gleitschicht (20) aus einer Gleitlagerlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des spitz auslaufenden Schmierkeils (14) zwischen Welle (6) und Gleitschicht (20) der Lagerschale, in dem die wenigstens eine Tasche (30) vorgesehen ist, in Umdrehungsrichtung der Welle innerhalb eines Umfangssegments (50) von 15 - 40°, insbesondere von 20 - 40°, vor dem geringsten Abstand (46) zwischen Welle (6) und Gleitschicht (20) (Minimum des Schmierkeils) angeordnet ist.

Zeichnung